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以往研究认为赣南钨矿床主要与燕山期“S”型花岗岩有关。但近年来的研究表明,该区钨矿床的形成可能与华南中生代岩石圈伸展、减薄、壳-幔相互作用、深部热和流体的参与有着成因上的密切关系。赣南位于武夷山和南岭两大成矿带的交汇复合部位,是我国华南地区重要的有色金属成矿带。赣南崇义县淘锡坑钨矿床位于南岭东西向构造带东段与武夷山北东—北北东向构造带南段的复合部位,是九龙脑-淘锡坑矿田的一个重要矿区,属于以石英脉型黑钨矿为主的钨多金属矿床。虽然前人已在本区做过许多研究工作,但工作较分散,缺乏系统性研究,对于成矿流体性质及演化、成矿物质来源、矿床成因等问题认识较浅。本文在前人研究工作的基础上,运用流体包裹体、元素地球化学、稳定同位素和稀有气体同位素地球化学等方法,对其成矿流体的物理化学特征、来源及演化,成矿物质来源和矿床成因等主要矿床学问题进行了系统研究,探讨了该矿床的形成机理。论文主要获得以下研究成果:
1.系统地进行了流体包裹体岩相学、显微测温学以及包裹体成分的激光拉曼分析,揭示了淘锡坑钨矿床成矿流体的性质和演化特征。硅酸盐—氧化物阶段均一温度变化范围大(115～420℃),呈现明显的两个峰(180～260℃和260～400℃),而盐度较低且变化大(0.43～10.24wt％NaCl eq.,集中在0～3wt%NaCleq),这是因为高温的流体与低温的流体相遇发生不混溶(沸腾)作用造成的;氧化物-硫化物阶段的均一温度较硅酸盐.氧化物阶段有所降低(140～320℃),盐度相对增高(集中在3～7 wt% NaCl eq.);碳酸岩阶段均一温度和盐度较氧化物—硫化物阶段降低。成矿压力为87～263bar。成矿流体为H2O-NaCl-CO2±CH4体系。流体成分从硅酸盐.氧化物阶段含大量挥发份(C02、CH4)的H2O-NaCl-CO2±CH4体系转化为碳酸盐阶段不含或含很少量CO2的简单NaCl-H2O水溶液。硅酸盐-氧化物阶段由于高温流体与低温流体混合发生不混溶(沸腾)作用,并引起辉钼矿、毒砂等矿物发生沉淀,随着流体混合的进一步发生,流体演化成较为均一的热液,并在氧化物.硫化物阶段沉淀了大量的黑钨矿和金属硫化物。流体的混合作用在整个成矿过程中是持续进行的。
2.黑钨矿和与其共生的石英流体包裹体对比研究表明:黑钨矿中流体包裹体均一温度(240～320℃)较石英的均一温度(160～260℃)高60～80℃,盐度(6.45～10.49 wt%NaCl eq.)较石英的(1.64～6.67 wt%NaCl eq.)高3.82～4.81wt%NaCl eq.,说明黑钨矿形成早于石英。
3.通过分析微量元素和稳定同位素地球化学(H、O、S、Pb)特征,揭示了成矿流体与成矿物质的来源。研究表明萤石稀土元素特征与本区隐伏白云母花岗岩具有明显的相似性,花岗岩形成过程中分异出的岩浆期后热液应是淘锡坑钨矿矿床成矿流体的主要来源,成矿过程中有经过深循环的大气降水加入。S、Pb同位素研究表明成矿物质主要来源于隐伏花岗岩,且有地幔物质加入。
4.淘锡坑钨矿床黄铁矿和毒砂中流体包裹体的He、Ar同位素研究表明:3He/4He值为0.37～2.11Ra,40Ar/36Ar值为309.5～383.58,平均335.4,略高于大气中40Ar/36Ar比值(295.5),矿床成矿流体具有壳.幔两端员混合的特征。其中,壳源组分为经过地下循环的低温饱和大气水,该流体从地壳中获得了大量的放射成因4He,但获得的放射成因40Ar*较少,幔源组分则来自隐伏花岗岩浆流体。表明本区隐伏花岗岩并非典型的“S”型花岗岩。
5.在总结前人研究成果的基础上,结合本次研究,探讨了隐伏花岗岩与矿床的成因联系和矿床的成矿机理:中生代华南地区开始发生一系列大规模的岩石圈减薄、地壳伸展作用,来自深部的地幔流体上涌,携带大量的热、动力和成矿物质使得地壳发生壳—幔相互作用,形成壳、幔混合的九龙脑岩浆。岩浆自南往北沿有利构造侵入运移到淘锡坑,并充分分异演化形成富含挥发分和成矿元素的成矿流体。这种高温热液与裂隙中经过深部地下循环的低温流体混合,在硅酸盐-氧化物阶段发生了不混溶(沸腾)作用,并沉淀了辉钼矿等金属矿物。氧化物-硫化物阶段流体逐渐演化为较为均匀的含矿流体,并在此阶段沉淀形成以黑钨矿-硫化物-石英脉为主的矿体,流体混合是钨成矿的主要机制。随着流体的继续运移,成矿物质的不断析出,大气降水的不断加入,流体进一步演化成低温、低盐度的大气降水为主的流体。